کاربرد سیستم‌های برق پشتیبان
سیستم برق پشتیبان در طراحی داخلی ساختمان منبع مستقل انرژی الکتریسیته برای استفاده در سیستم‌های الکتریکی مهم در زمان قطعی جریان برق عادی و یا نوسانات شدید برقی می‌باشد. به طور کلی کاربرد سیستم‌های برق پشتیبان در جلوگیری از آسیب‌های مالی و جانی ناشی از قطعی جریان برق نرمال در موارد اضطراری می‌باشد.
به دلیل بزرگ و گران بودن سیستم‌های پشتیبان برق شهری، در گذشته از این سیستم‌ها تنها در مراکز با اهمیت از قبیل بیمارستان‌ها، دیتاسنترها، اماکن نظامی مهم، و ساختمان‌های با درجه اهمیت بالا استفاده می‌شد. با پیشرفت تکنولوژی و ارزان شدن تجهیزات سیستم‌های برق اضطراری، استفاده از این سیستم‌ها در تمامی اماکن فراگیر شده است.
موارد استفاده از سیستم‌های برق اضطراری
طراحی داخلی رستوران کلاسیک:با پیشرفت تکنولوژی و ارزان شدن تجهیزات بکاپ انرژی برق شهری، امروزه موارد کاربرد انواع مختلف مولد برق بکاپ بسیار متنوع می‌باشد و از کاربرد در ذخیره برق خانگی توسط دستگاه UPS و مولد برق پشتیبان تجهیزات پزشکی توسط تجهیزات سیستم برق اضطراری بیمارستان گرفته تا کاربرد این تجهیزات در آزمایشگاه‌ها و دیتاسنترها، تجهیزات مخابراتی، کشتی‌ها و سایر کاربردهای خانگی، تجاری، اداری، صنعتی و نظامی را در بر می‌گیرد. برخی از رایج‌ترین موارد کاربرد سیستم‌های برق پشتیبان عبارتند از:
- کاربرد در خانه‌های مسکونی برای تامین برق آسانسور، کامپیوتر، و سایر تجهیزات الکتریکی
- کاربرد در مغازه برای ، سیستم‌های حفاظتی، دستگاه کارتخوان بانکی و ADSL
- کاربرد در بیمارستان‌ها و آزمایشگاه‌ها برای روشنایی و تجهیزات پزشکی و آزمایشگاهی
- کاربرد در مراکز داده و دیتاسنترها برای سرورها و
- کاربرد در مراکز مخابراتی برای تجهیزات مخابراتی
- کاربرد در تجهیزات مدرن کشتی‌های نیروی دریایی
- کاربرد برای تجهیزات الکتریکی با اهمیت در منزل، مدرسه، دانشگاه، و مراکز مهم
انواع سیستم برق اضطراری ساختمان
سیستم‌های ذخیره انرژی و مولدهای برق اضطراری بسیار زیادی در بازار موجود می‌باشند.
انتخاب سیستم مناسب برای یک مکان به پارامترهای مختلفی زیر بستگی دارد:
- موقعیت جغرافیایی مکان،
- نوع و میزان دسترسی به منابع انرژی،
- توان مصرفی مورد نیاز،
- زمان برقی دهی مورد نیاز،
- حساسیت تجهیزات موجود در مکان به نوسانات برقی،
- و نهایتا بودجه در نظر گرفته برای خرید دستگاه سیستم برق اضطراری
برخی از رایج‌ترین سیستم‌های تامین برق پشتیبان عبارتند از:
- سیستم برق اضطراری ساختمان مبتنی بر ژنراتورهای دیزلی و ژنراتورهای گازی
- دستگاه برق پشتیبان UPS شامل باتری‌ها و انواع یو پی اس با طول عمر بالا
- سیستم‌هایی با منبع انرژی مکانیکی ذخیره شده
- استفاده از توربین‌های آبی در سدها و دیواره‌های ساحلی
- سلول‌های سوخت هیدروژنی
- انرژی‌های تجدیدپذیر
- انرژی خورشیدی
- انرژی بادی
- انرژی گرمایشی
دستگاه برق اضطراری UPS خانگی منزل و قیمت سیستم برق اضطراری ساختمان IPS
دستگاه برق اضطراری شامل کلیه تجهیزات سیستم برق پشتیبان می‌باشد. این سیستم‌ها به صورت یک دستگاه یکپارچه یا مجموعه‌ای از تجهیزات متصل به یکدیگر کار می‌کنند.
در سیستم‌های یکپارچه تمام بردهای کنترلی و مدارهای الکتریکی، تجهیزات مولد برق، تجهیزات ذخیره سازی انرژی، و مبدل‌های الکترونیکی و یکسو کننده‌ها در یک دستگاه مجتمع می‌باشند. انواع دستگاه برق اضطراری IPS از نمونه‌های رایج این سیستم‌ها می‌باشند.
در سیستم‌های چندبخشی متصل به یکدیگر، معمولا سیستم برق پشتیبان دارای 4 بخش اصلی می‌باشد: 1) بخش مولد انرژی برق، 2) بخش ذخیره سازی انرژی الکتریسیته، 3) کلیه تجهیزات الکترونیکی (شامل: بردهای کنترلی و مدارهای الکتریکی، مبدل‌های الکترونیکی AC و DC ، و یکسو کننده‌ها)، و 4) کابل‌ها و اتصالات
منابع اصلی تامین انرژی برق اضطراری
منابع بسیار زیادی برای تامین انرژی برق وجود دارند. در این بخش به منابع اصلی که رایج‌ترین منابع امروزی می‌باشند اشاره می‌کنیم.
سوخت‌های فسیلی:
نفت، گاز و ذغال سنگ عمده‌ترین منابع سوخت‌های فسیلی هستند.
استفاده از سوخت فسیلی آلوده‌ترین روش تولید انرژی برق می‌باشد.
از این منابع انرژی در سیستم برق اضطراری دیزل ژنراتور استفاده می‌شود.
انرژی زیست توده:
به انرژی ذخیره شده در گیاهان، محصولات کشاورزی، درختان، خرده چوب، و ضایعات حیوانات انرژی زیست توده گفته می‌شود.
یک روش تولید برق اضطراری خانگی یا صنعتی در مدل ، سوزاندن مستقیم مواد زیست توده هست.
در روش دیگر، از گاز متان حاصل از تبدیل زیست توده به کود گیاهی استفاده می‌شود.
انرژی گرمایشی ناشی از فعل و انفعالات شیمیایی:
انرژی گرمایشی ناشی از فعل و انفعالات شیمیایی طی فرآیندهای شیمیایی از قبیل تولید اسید سولفوریک تولید می‌شود و یکی از بهترین منابع برق پشتیبان خانگی و صنعتی برای مجموعه‌های تولید کننده چنین محصولاتی می‌باشد.
انرژی برق بدست آمده از فرآیندهای شیمیایی:
انرژی برق بدست آمده از فرآیندهای شیمیایی طی فعل و انفعالات شیمیایی در پیل‌های الکتریکی و باتری‌ها تولید می‌شود.
از باتری‌ها در انواع دستگاه برق اضطراری UPS خانگی، و سیستم‌های ذخیره ساز انرژی برق استفاده می‌شود.
انرژی‌های ناشی از فعالیت باکتری‌های مولد برق:
در روش تولید انرژی از فعالیت باکتری‌های مولد برق، از یک سری باکتری خاص که قادر به تولید جریان الکتریسیته در غشای سلولی خود هستند استفاده می‌شود.
استفاده از این باکتری‌ها در پاکسازی آب در نیروگاه‌های تصفیه آب بسیار رایج است.
انرژی هیدروژن:
سوخت هیدروژن بسیار پاک است و هیچگونه ضایعات سمی به جا نمی‌گذارد.
انرژی موج:
انرژی جنبشی ناشی از موج‌های دریاها و اقیانوس‌ها
انرژی‌های تجدیدپذیر و سازگار با محیط زیست
انرژی‌های تجدیدپذیر به انرژی‌هایی گفته می‌شود که برخلاف سوخت‌های فسیلی، منابع تولید آنها نامحدود و تمام نشدنی است. این انرژی‌ها هم منبع مناسبی برای تولید برق متصل به شبکه هستند و هم برای تولید برق اضطراری خانگی و صنعتی جهت مصارف شخصی بسیار مناسب و در دسترس می‌باشند. برخی از این انرژی‌های پاک جایگزین عبارتند از:
انرژی باد: تبدیل انرژی حرکتی باد به جریان برق توسط توربین بادی
انرژی حرکتی آب: انرژی پاک و سازگار با محیط زیست توسط توربین‌های آبی کوچک
انرژی خورشیدی: تبدیل انرژی فوتون‌های نور خورشید به جریان برق توسط پنل خورشیدی
انرژی جزر و مد دریا: تبدیل انرژی جنبشی ناشی از بالا و پایین شدن سطح آب دریاها توسط توربین‌های آبی مخصوص
انرژی گرمایشی زمین: تبدیل آب به بخار توسط انرژی زمین گرمایی ناشی از گرمای اعماق پوسته زمین و استفاده از آن در توربین بخار
انواع دستگاه برق اضطراری
به دستگاه‌ها و تجهیزاتی که برای ذخیره و تولید انرژی برق پشتیبان به کار می‌روند دستگاه برق بکاپ گفته می‌شود. دستگاه‌های UPS و مولدهای برق دیزل ژنراتور دو منبع اصلی برای دستگاه ذخیره برق خانگی ، سیستم برق اضطراری ساختمان و تجهیزات بیمارستان و سیستم برق پشتیبان صنعتی و تجاری می‌باشند.
رایج‌ترین انواع دستگاه برق اضطراری
در گذشته تنها انواع باتری سرب اسید در بازار موجود بود و استفاده از این باتری‌ها برای ذخیره انرژی الکتریسیته پشتیبان چندان رایج و عملی نبود. در عوض، انواع مولد برق اضطراری دیزل ژنراتور، ژنراتور گازی، و موتور برق بسیار رایج بودند.
با پیشرفت تکنولوژی باتری‌ها از یک سو و دستیابی به منابع انرژی تجدیدپذیر، امروزه استفاده از انواع یو پی اس، تجهیزات برق اضطراری انرژی خورشیدی (شامل پنل خورشیدی و شارژ کنترلر خورشیدی و دستگاه اینورتر) ، تجهیزات برق اضطراری انرژی بادی (شامل انواع توربین بادی و شارژ کنترلر بادی و دستگاه اینورتر)، و پاور بانک به عنوان و برق اضطراری قابل حمل بسیار رایج شده است.
راهکارهای تولید و ذخیره انرژی برق اضطراری
تولید جریان برق و ذخیره انرژی الکتریسیته در سه سطح انجام می‌پذیرند:
- تولید برق در اشل‌های صنعتی عظیم متصل به شبکه (Large Distributed On-Grid Power Generation)
- تولید برق در اشل‌های صنعتی کارگاهی و کارخانه‌ای متصل به شبکه (Small Distributed On-Grid Power Generation)
- تولید انرژی برق در اشل خانگی جدا از شبکه (Small Off-Grid Power Generation)
مقایسه مولدهای برق متصل به شبکه و منفصل از شبکه
سیستم‌های متصل به شبکه از نوع مولدهای نیروگاهی تامین برق شبکه سراسری می‌باشند که ظرفیت آنها از چند ده مگاوات تا چند صد مگاوات می‌باشد. بخش اصلی انرژی برق مورد نیاز در دنیا به صورت صنعتی توسط نیروگاه‌های چند هزار و چند صد مگاواتی مبتنی بر توربین‌های عظیم بخار تولید می‌گردد. سیستم‌های کارگاهی چند ده مگاواتی هم با وجود درصد تولید خیلی کمتر نسبت به نیروگاه‌های بزرگ، نقش مهمی در پایداری ولتاژ شبکه سراسری برق به صورت محلی بازی می‌کنند.
مولدهای محلی متصل به شبکه، به صورت اضطراری طی فرآیندهای کاملا اتوماتیک، نوسانات برق شبکه که ناشی از لود شدن ناگهانی بار مصرف کننده‌ها هست را خنثی می‌کنند تا هم از شبکه و هم از مشترکین آن در برابر چنین نوساناتی محافظت شود.
مولدهای خانگی تولید انرژی برق آفگرید منفصل از شبکه به دو روش مورد استفاده قرار می‌گیرند: 1) برای تولید دایمی برق مورد نیاز مکان، و 2) برای تولید برق بکاپ در زمان قطعی برق شهری
تولید برق پشتیبان با مولدهای برق اضطراری
در این روش از توربین‌ها و ژنراتورهای عظیم خبری نیست.
از توربین‌های بادی و توربین‌های آبی کوچک و متوسط ممکن استفاده کنند.
از ژنراتورهای متوسط و ژنراتورهای کوچک و موتورهای برق ممکن است استفاده کنند.
پنل‌های خورشیدی با گستردگی کم گزینه مناسبی برای این سیستم‌ها می‌باشند.
این سیستم‌ها معمولا مجهز به دستگاه برق پشتیبان و یا انواع یو پی اس، برای ذخیره سازی انرژی برق تولیدی می‌باشند.
انواع باتری و پیل‌های شیمیایی در این بخش از زنجیره تولید و مصرف انرژی برق کاربرد دارند.
رایج‌ترین دستگاه‌های برق پشتیبان
تجهیزات و مولدهای بسیاری برای تولید برق پشتیبان وجود دارند، اما استفاده از بسیاری از این سیستم‌ها به دلایل زیر رایج نمی‌باشد:
- گران بودن تجهیزات و هزینه بر بودن پیاده سازی سیستم،
- نیاز به شرایط خاص و دسترسی به اماکن یا تجهیزات خاص که در دسترس نیستند،
- در دسترس نبودن منابع تامین انرژی اولیه، و
- مشکلات دیگری از قبیل جاگیر بودن، صدای زیاد، و غیره
در بین تمام سیستم‌های برق اضطراری موجود، موتور برق و ژنراتور دیزلی و گازی و بنزینی، دستگاه UPS ، سیستم انرژی خورشیدی، سیستم انرژی بادی، و پاور بانک رایج‌ترین دستگاه‌های برق پشتیبان هستند.
موتور برق اضطراری دیزل ژنراتور گازوئیلی، گازی، بنزینی
موتور برق کوچک و ژنراتور برق دیزلی، گازی و بنزینی از قدیمی‌ترین تجهیزات برق اضطراری می‌باشند.
موتورهای برق موجود در بازار از توان خروجی نسبتا کمی برخوردارند. از اینرو بیشتر برای کاربردهای خانگی و شخصی و مغازه استفاده می‌شوند. این موتورها در حالت عادی خاموش هستند و در صورت قطعی برق باید به صورت دستی روشن شده و برق مورد نیاز مکان را تامین کنند.
برخلاف موتور برق، ژنراتورها از قدرت و توان بالایی برخوردارند و در بیمارستان‌ها، دانشگاه‌ها و مراکز تجاری و صنعتی و نظامی کاربرد دارند.
سوخت موتورهای برق یا گازوئیل است یا بنزین و در برخی مدل‌ها گاز.
سوخت ژنراتور برق اضطراری یا گازوئیل است (دیزل ژنراتور) یا گاز (ژنراتور گازی).
برای اماکنی که دسترسی به گاز شهری وجود دارد استفاده از ژنراتورهای گازی هم به صرفه‌تر است و هم محیط زیست را کمتر آلوده می‌کنند.
برای اماکنی که دسترسی به گاز شهری ندارند یا امکان هزینه زیاد برای خرید انواع ژنراتور گازی گرانقیمت را ندارند، استفاده از دیزل ژنراتورها بسیار رایج است.
انواع سیستم برق اضطراری دیزل ژنراتور
دو نوع سیستم برق دیزل ژنراتور وجود دارد: 1) دایم کار، و 2) استندبای (مدل به کار رفته در سیستم‌های اضطراری)
ژنراتور دایم کار / اصلی / کانتینیوس
ژنراتور دایم کار (Continuous Power Generator) که با نام ژنراتور اصلی (Prime Power Generator) یا کانتینیوس هم از آن یاد می‌شود یک سیستم تامین برق دایمی برای اماکنی است که دسترسی به شبکه برق ندارند و منفصل یا جدا از شبکه هستند و انرژی برق مورد نیاز آنها باید به صورت دایمی توسط ژنراتور تامین گردد.
ژنراتور برق اضطراری استندبای
ژنراتور برق اضطراری استندبای یک سیستم برق اضطراری ساختمان است که برای اماکنی که متصل به شبکه برق هستند کاربرد دارد. این نوع ژنراتور دارای سوییچ گیربکس اتوماتیک می‌باشد و در صورت قطعی برق بلافاصله دستگاه شروع به کار کرده و برق مورد نیاز سیستم را فراهم می‌کند.
دستگاه برق اضطراری UPS رایج‌ترین سیستم برق پشتیبان برای اماکنی است که به برق شهری متصل هستند و نیاز به تامین برق تمام تجهیزات موجود در مکان به هنگام قطعی برق وجود ندارد و تنها تجهیزات ضروری باید روشن بمانند. دستگاه یو پی اس از 4 بخش اصلی تشکیل شده است:
1) مبدل AC به DC (رکتیفایر)
2) مبدل DC به AC (اینورتر)
3) باتری و کابینت باتری (برای مدل‌ها دارای باتری بکاپ بیرونی)
4) بردهای کنترلی و مدار فرمان